CFB鍋爐結(jié)焦分析及解決方案

鄭傳貴 張立影

摘 要：文章介紹了CFB鍋爐結(jié)焦的結(jié)焦分類及結(jié)焦機理，分析了影響結(jié)焦事件發(fā)生的幾類因素，對預(yù)防結(jié)焦事故提出了控制手段。

關(guān)鍵詞：流化床；流化；循環(huán)；床溫；床壓

1 結(jié)焦分類

循環(huán)流化床鍋爐作為新型環(huán)保鍋爐，在控制等污染物上有著一定的優(yōu)勢。由于其發(fā)展周期較短，在運行中存在著一些問題急需解決，分析實際中的幾類故障工況，其中結(jié)焦影響較大。按照區(qū)域分類，可分為循環(huán)區(qū)和流化區(qū)結(jié)焦結(jié)焦兩類。

（1）循環(huán)區(qū)結(jié)焦實際發(fā)生在分離器入口靶區(qū)及分離器錐管部位。分離器入口靶區(qū)發(fā)生結(jié)焦幾率高，停爐檢修時敲掉即可，對運行無明顯影響。而分離器錐管結(jié)焦發(fā)生雖然幾率小，但需停爐處理，處置時間長、強度大、影響大。

（2）流化區(qū)結(jié)焦實際出現(xiàn)在爐膛床面、返料器床面、衛(wèi)燃帶（尤給煤口）三類位置。前兩處位置在運行中發(fā)生幾率大，尤以床面結(jié)焦因其影響大，處理強度大，在運行中尤須控制其發(fā)生。

分析以上，可以看出，床面結(jié)焦對于鍋爐影響最大，下面就床面結(jié)焦做詳述。

2 結(jié)焦機理及因素分析

結(jié)焦機理：物料溫度高于其變形溫度、軟化溫度、半球溫度、甚至熔融溫度，進而造成粘連、擴大、形成粘聚團；鍋爐運行中粘聚團在爐膛懸浮段三維方向長大，其重力大于其在爐膛內(nèi)所受的綜合浮力后就會下沉直至床面，影響床面流化，該粘聚團如在床面上得不到充分冷卻，其就會在床面上以該點為中心，發(fā)生平面擴張，生長，內(nèi)核溫度因其可燃物幾乎已無，故溫度會在保持中逐降并硬化。

但造成以上情況的環(huán)境因素有不同種解釋，理論觀點認為溫度對于結(jié)焦占主導(dǎo)因素，但就床面結(jié)焦研究發(fā)現(xiàn)，溫度只是結(jié)果體現(xiàn)，而非初始因素，以下因素的分析對結(jié)焦防控有重要意義。

2.1 一次流化冷卻風(fēng)量

傳統(tǒng)認為，正常運行中一次風(fēng)起到流化和初級燃燒的氧量提供的作用，而弱化其作為運行中爐膛降溫和保證正常物料內(nèi)外循環(huán)動力的作用。壓火以及點火初期，較低的流化風(fēng)量不能夠帶走物料（含煤炭）的熱量，只能在衛(wèi)燃區(qū)釋放，該種情況下加劇了衛(wèi)燃區(qū)的溫度勢力分布，使物料加溫至結(jié)焦邊緣，如果此時能夠加大流化風(fēng)，將對控制結(jié)焦的發(fā)生有重要意義。分析幾次出現(xiàn)的床面結(jié)焦及返料器結(jié)焦發(fā)現(xiàn)，較低的流化風(fēng)量是造成返料器結(jié)焦的主因，待結(jié)焦規(guī)模初具后再增加風(fēng)量冷卻已無作用。

下面就某廠75T/hCFB鍋爐一次結(jié)焦事件簡述：某日19時40分，某爐壓火操作，19時50分，操作結(jié)束。壓火時床溫測點：①980℃、②995℃、③987℃、④960℃。22時26分，該爐熱啟。熱啟床溫：①826℃，②809℃，③806℃，④813℃。22時26分，啟動引風(fēng)機，5min后啟動一次風(fēng)機，床溫測點：①降至797℃，②降至787℃，③降至780℃，④降至797℃，約15min后沸中溫度最高升至1223℃，床溫測點：①最高升至1055℃，測點②最高升至1084℃，測點③最高升至1058℃，測點④升至1232℃。當一次風(fēng)量由4.0萬立方/h增加至5.1萬立方/h左右，床溫趨于穩(wěn)定。開啟事故放渣管有少量下渣次日0時45分，停爐檢查，發(fā)現(xiàn)爐床發(fā)生大面積結(jié)焦。

結(jié)論：壓火時床料沉積在爐床上，長時間的高溫蓄熱和少氧環(huán)境使床料灰達到變形溫度導(dǎo)致低溫結(jié)焦。

鍋爐廠對于床溫與運行一次風(fēng)量關(guān)系無明確的指導(dǎo)意見，分析運行中結(jié)焦案例發(fā)現(xiàn)，結(jié)焦時流化風(fēng)低于其爐床溫度保持穩(wěn)定所需之必然風(fēng)量，該風(fēng)量為可以吹冷粘聚團并破壞團的長大的基本措施。通過理論計算及實際糾偏，在爐床溫度高于950℃以上時，溫升要作為重點指標進行關(guān)注，一次風(fēng)量的同步增長就顯得十分重要，經(jīng)試驗，5-10℃/min的溫升速度需要增加2000-4000Nm3/h來充當冷卻風(fēng)量限制溫升水平。

2.2 氧量

即爐內(nèi)的氧化或還原性氣氛，它對鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如鍋爐運行氧量偏低，爐內(nèi)還原性氣氛較強，煤的灰熔點就會下降，鍋爐就容易結(jié)焦。這與壓火時易發(fā)生結(jié)焦的原因判斷吻合。

2.3 煤種因素

CFB鍋爐的煤灰屬循環(huán)型，其逃逸比例有限，故研究循環(huán)區(qū)物料煤灰比（尤其是分離器分離下的物料）的綜合特性是檢驗其結(jié)焦特性的根本；混合煤灰對于高溫受熱面沾污結(jié)焦的傾向，可用混合物料的灰熔點溫度及灰的主要成分來判斷煤灰的結(jié)渣指標。我司常用物料成分中的鈣酸比及硅值來判斷其結(jié)焦傾向，用Na2O的份額判斷沾污特性。

2.4 鍋爐自身條件

床溫測點處于被流化風(fēng)冷卻的區(qū)域。處于爐膛衛(wèi)燃區(qū)的沸中溫度、沸下溫度更能反應(yīng)爐膛的最高溫度區(qū)域，一般情況下該溫度可作為壓火溫度監(jiān)測點或正常運行中流化程度優(yōu)劣的跟蹤點。

3 解決方案

從以上分析看來，加強事關(guān)結(jié)焦相關(guān)環(huán)節(jié)的控制是避免結(jié)焦事件的有效手段，提出如下：

3.1 測點校核

定期核準各溫度測點及核定保護動作值，尤其床溫測點及返料器溫度測點安裝正確、數(shù)據(jù)測量準確；各部位的差壓、床壓、風(fēng)量等對于發(fā)現(xiàn)的非正常運行時的狀態(tài)都是重要關(guān)節(jié)點，正確的監(jiān)測是防止影響擴大的前提條件。

3.2 啟動前試驗

保證良好的流化是運行的前提，能監(jiān)測風(fēng)帽、等關(guān)鍵部件；控制好流化實驗后床層厚度時控制啟動速度及后期升溫速度的依據(jù)；返料風(fēng)帽試吹。

溫度保護動作可靠性試驗是正常運行中溫度控制的依據(jù)，MFT動作試驗、溫度報警等都需要保證可靠。

以上兩項應(yīng)作為慣例列入日常工作中。

3.3 運行中管理

對于防范大面積結(jié)焦的幾個關(guān)鍵因素要加強控制，如一次風(fēng)量、氧量、及異常情況下的應(yīng)急處置（返料風(fēng)機跳閘、鍋爐大聯(lián)鎖動作、壓火等）。以上幾項都應(yīng)列入專業(yè)事故預(yù)案管理范圍。

3.4 燃料管理

燃料應(yīng)分批次、按特性進行摻燒，避免因配煤原因、煤質(zhì)原因、水分因素、粘結(jié)性等因素導(dǎo)致的燃燒調(diào)整上跟進不到位。要求在小范圍內(nèi)試燒，無異常后再大規(guī)模摻燒。對于粘性煤種應(yīng)先做熔化試驗和燒結(jié)試驗，以判斷其結(jié)焦特性。一般來說，印尼煤、褐煤等不易結(jié)焦；平煤等較易結(jié)焦。

3.5 燃燒管理

燃燒管理作為燃料管理的下游，在實際安全運行中占重要位置，要重點加強風(fēng)煤配比，要重點關(guān)注異常工況下的運行燃燒控制，杜絕經(jīng)驗主義，發(fā)現(xiàn)異常時要細致分析，能夠即時的舉一反三，對出現(xiàn)的事故端倪能夠快速反應(yīng)和處置。

3.6 檢修中關(guān)注

對運行中反映出來的問題現(xiàn)場核對，找準問題點。查看各主要部位情況，如爐床風(fēng)帽、返料風(fēng)帽、分離器、返料床、爐膛情況等，對發(fā)現(xiàn)的各類異常情況分析原因，對需要試驗的積極安排調(diào)試驗證。

3.7 可靠的預(yù)警設(shè)置

結(jié)焦在運行中超溫及突然發(fā)生流化降低或消失的狀態(tài)下（如高溫壓火）較易出現(xiàn)，通過試驗和對各類事故工況的總結(jié)，給出如下結(jié)焦預(yù)警范圍。

在運行中使用該圖進行指導(dǎo)和劃定運行紅線，對現(xiàn)場實際防范結(jié)焦有直接的指導(dǎo)意義。根據(jù)點火前流化風(fēng)量與正常狀況下運行風(fēng)量以及風(fēng)機額定風(fēng)量可劃定三條線作為縱軸，以床溫作為橫軸。根據(jù)床溫變化需要的風(fēng)量亦變化，即可繪出不同料層厚度下的臨界風(fēng)量曲線；在曲線上部的區(qū)域為運行安全區(qū)；下部為結(jié)焦危險區(qū)。

理論情況下，熔融線與風(fēng)量曲線不相交，即在風(fēng)量能夠保證的情況下不會出現(xiàn)結(jié)焦。

4 結(jié)束語

（1）有效的保障一次風(fēng)量在穩(wěn)定區(qū)運行是預(yù)防CFB鍋爐結(jié)焦的可靠手段，尤其對于點火初期及任何情況導(dǎo)致的床溫升高情況。（2）流化風(fēng)降低或中斷是造成床面（含返料器床面）結(jié)焦的前提。（3）按結(jié)焦預(yù)警圖進行調(diào)控可以有效的指導(dǎo)現(xiàn)場防范結(jié)焦事件的發(fā)生。

作者簡介：鄭傳貴（1979，12-），男，籍貫：遼寧省蓋州市，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：電廠運行與檢修。